基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响（共7篇）

篇1：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

摘要：采用序半连续反应器就新鲜废水中COD/N比对COD、氮化合物去除效率和微生物生长的影响进行了研究.结果表明,新鲜废水中的.COD/N比对COD和总氮去除率有明显的影响.当COD/N比由2.5增至12.5时,COD去除率由44.0%增至75.8%,总氮去除率从63.4%增至99.8%,然而,加料废水中COD/N比对微生物生长没有明显的影响.用一组涉及多个微生物反应的动力学模型,分析了COD/N比对同时去除碳、氮化合物效率和微生物生长的影响.作 者：邵友元 Krzysztof W.Szewczyk 李卫 黄光斗 孙俊逸 SHAO You-yuan Krzysztof W.Szewczyk LI Wei HUANG Guang-dou SUN Jun-yi 作者单位：邵友元,李卫,黄光斗,孙俊逸,SHAO You-yuan,LI Wei,HUANG Guang-dou,SUN Jun-yi(湖北工业大学化学与环境工程学院,武汉,430068)

Krzysztof W.Szewczyk,Krzysztof W.Szewczyk(华沙理工大学化学工程系,波兰,华沙,00-645)

期 刊：环境科学与技术 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：,29(8)分类号：X143关键词：序半连续式反应器 活性污泥 硝化 反硝化 动力学

篇2：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

1 材料与方法

1. 1 实验材料

实验用水: 采用生活污水,有轻微刺鼻臭味。NH4+-N浓度: 4. 72 ~ 26. 17 mg / L; COD浓度:31. 00 ~ 107. 92 mg / L。

湿地植物及植株高度: 金钱草约10 cm、绿萝约15 cm、金边吊兰约25 cm。

湿地基质: 黄沙和泥土比为1∶ 3,黄沙为建筑用沙,泥土取自花坛。

1. 2 实验装置

采用若干个32 cm × 21. 5 cm × 11 cm的塑料盒模拟人工湿地,基质混合均匀后分装,以减小土质因素产生的误差。采用自制进水系统控制进水流量为1. 5 m L / min,每天运行12 h,以均匀开有出水孔的PVC管为布水装置,设置实验塑料盒坡度5°。

流型影响实验: 人工湿地流型示意如图1 所示,垂直流人工湿地污水从表面一侧进水,依靠坡度布满表面,竖直流过床层,从底部出水; 水平潜流人工湿地从表面一侧进水,水平潜流经床体,从另一侧底部出水。基质厚度为6 cm,湿地植物采用金钱草。

植物种类影响实验: 种植金钱草、绿萝、金边吊兰三种植物和空白组对比,基质厚度为6 cm,流型采用垂直流。

基质厚度影响实验: 设置3 cm、6 cm、9 cm三种不同基质厚度,湿地植物均采用金钱草,流型采用垂直流。

1. 3 分析方法

NH4+-N: 采用纳氏试剂分光光度法。

2 实验结果与讨论

2. 1 流型对NH4+-N去除效果的影响

不同流型人工湿地NH4+-N去除效果如图2 所示。由图2 可以看出,两种流型人工湿地去除率都较好,垂直流( 平均去除率68% ) 优于水平潜流(平均去除率59% ) ,与文献报道结论相同[10—12]。分析原因,人工湿地处理系统脱氮作用包括基质的吸附、截留以及氨的挥发,植物吸收转化和微生物在好氧、缺氧、厌氧环境中的硝化和反硝化作用,其中发挥主要作用的是微生物的硝化反硝化作用,但系统需要存在大量硝化反硝化微生物和适当的好氧/厌氧环境[13]。实验的水平潜流人工湿地系统中,根据张永静[14]的研究,设置水力停留时间8 ~ 10 h,污水从一侧进入,水平流经床体,从另一侧流出,淹没运行,不利于反应器内气体交换,整体处于厌氧状态,不具备良好的硝化条件。局部有出现短路流的可能。张甲耀等人[15]研究表明,水平潜流型人工湿地污水处理系统氮去除及氮转化细菌的硝化反应条件有限,硝化作用产物硝态氮含量低,反硝化作用受到的阻碍。垂直流人工湿地中,污水自上向下流过,在床体中停留时间较短,废水中溶解氧和植物的复氧作用创造了有利的硝化条件[16],底部缺氧、厌氧环境又保证了反硝化的进行,所以出现垂直流NH4+-N去除效果优于水平流的实验结果。

2. 2 不同湿地植物对氨氮去除效果的影响

不同植物金边吊兰、金钱草、绿萝和空白组NH4+-N去除效果如图3 所示,可以看出,三种不同湿地植物对NH4+-N都有较好的去除效果,高于空白组NH4+-N去除率,表明种植植物对废水中NH4+-N的去除有明显促进作用[9]。各组平均去除率分别为: 金边吊兰46% ,金钱草60% ,绿萝70% ,表明植物种类对处理效果有不同的影响,与Cheng等人[17]研究结果一致。分析产生以上现象的原因,植物自身生长可吸收一部分有机氮。同时植物可以通过中空组织输送氧气至根系,并通过根系释放氧气到根际,使根际形成氧化环境,提高好氧微生物的活性,为氨转化细菌的生存和氮的去除提供了必要的场所和好氧/厌氧条件[18—20],硝化/反硝化反应也是湿地去除NH4+-N的重要途径。不同植物种类对NH4+-N的去除效果主要与植物根系的氧气扩散速率、根直径、根壁厚度、根长等因素相关,直径越大,根壁越薄,根长越长,氧气扩散速率越大,NH4+-N的去除效果越好[21]。绿萝比金钱草根系更为发达,根长更长,更能提供良好的硝化反应条件,对NH4+-N去除效率更高。金边吊兰具有肥大的圆柱状肉质根,根壁较厚,因而氧气扩散速率大大降低,不能提供充足的氧化环境,对NH4+-N去除效率较差。因此绿萝脱氮效果最高,金边吊兰最低。

实验从第8 d后,实验用水NH4+-N浓度降低,四个湿地系统对NH4+-N的去除率均下降,空白组湿地系统下降幅度最大,金边吊兰、金钱草和绿萝湿地系统下降幅度较小,这是由于进水NH4+-N浓度降低后,空白湿地系统中没有植物,吸附去除的NH4+-N解吸后随排水流出,导致去除率下降,而具有植物的湿地系统由于去除的NH4+-N已经分解,所以去除率还保持在较高水平,这也表现了种植植物的人工湿地系统具有较强的抗冲击负荷的能力。

2. 3 基质厚度对氨氮去除效果的影响

由图4 可以看出,种植金钱草人工湿地系统不同基质厚度对NH4+-N去除效果有明显差异,基质厚度3 cm、6 cm、9 cm的湿地系统,平均去除率分别为51% 、74% 和60% 。湿地系统基质厚度为6 cm时NH4+-N去除率最高。 实验在第8 d开始降低NH4+-N浓度后,三个系统NH4+-N去除率均有所下降,这是进水NH4+-N浓度变化后湿地系统进入新的平衡状态。微生物的硝化反硝化作用在脱氮过程中发挥重要作用,硝化反应所需的氧来源主要是大气复氧和植物光合作用复氧,湿地植物通过根系释放氧气到根际,使根际形成氧化环境,植物的根长越长,越有利于为更深层次的基质提供氧气[20]。本实验湿地植物为金钱草,根长约为5 cm,根须柔软且易横向发展。3 cm湿地系统基质厚度小于根长,底部的厌氧环境不充分,不能为厌氧微生物提供良好的厌氧环境[22],阻碍了反硝化菌的生长与反硝化作用的进行,导致NH4+-N去除效果降低。6 cm湿地系统基质厚度与根长接近,金钱草根系生长未受到限制,并与基质紧密结合,NH4+-N可通过植物根系生物膜吸收利用,并在适当的好氧/缺氧环境条件下通过硝化反硝化作用去除。9 cm湿地系统基质厚度大于根长较多,下层非根际区厌氧环境充分,由于垂直流废水在表层停留时间短,硝化不完全,底层又缺乏好氧环境,因此,硝化菌的生长和硝化反应的进行受到限制,NH4+-N去除效果较差。综合以上分析,以金钱草为湿地植物,由于基质厚度为6 cm与植物根长接近,表现出最佳的NH4+-N去除效果。

3 结论

( 1) 垂直流人工湿地和水平潜流人工湿地对NH4+-N的去除率分别达到68% 和59% ,垂直流人工湿地对NH4+-N处理效果更好,适合应用于NH4+-N含量较高的污水处理工程。

( 2) 金边吊兰、金钱草、绿萝湿地系统与空白湿地系统相比,对废水中NH4+-N的去除都有明显效果,平均去除率分别为46% 、60% 和70% 。绿萝对NH4+-N的处理效果最好,根性发达程度对处理效果影响较大。

( 3) 湿地植物为金钱草时,3 cm、6 cm和9 cm基质厚度的人工湿地系统对NH4+-N去除率分别为51% 、74% 和60% ,基质厚度6cm的湿地系统最接近金钱草根系生长深度,NH4+-N去除效果最优,根系长度是设计基质厚度的主要因素。

篇3：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

关键词：磷浓度；浮萍；营养背景；富营养化水体；生长优势

中图分类号： X173文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）05-0529-03

随着社会的发展和生活水平的提高，水体富营养化问题日益严重，水体藻类的暴发给全球环境造成了严重的危害，导致了巨大的经济损失[1-3]。近年来，利用水生植物去除污染水体中的氮、磷受到众多专家的关注。与大型水生植物相比，小型水生植物浮萍因其对氮、磷的吸收效果好、生长速度快、营养价值高、易回收等特点，越来越受到学者的重视[4-7]。我国在该领域也开展了实验室规模的基础性研究工作，如环境和营养条件对浮萍生长的影响、浮萍吸收氮的动力学特性及浅水体浮萍净化系统的除氮途径等，明确了浮萍对污染水体中部分污染物去除的规律及浮萍植物生长的规律等[8-9]。同时，浮萍中含有多种氨基酸，且其细胞壁中未检测到木质素成分，因此更利于动物的消化吸收，这些特点使得浮萍在作为畜禽、鱼类饲料使用时可明显提高养殖产量，收到较好的经济效益[16-17]。因此浮萍有着极大的应用前景。然而，关于水中磷浓度对浮萍生长及其对浮萍吸收污染物质能力的影响的研究相对较少。

本试验在相关理论和实践研究的基础上，以扬州市荷花池公园水池中3种浮萍（紫背浮萍、青萍和少根紫萍）为研究对象，主要研究了相同环境条件下不同磷浓度对浮萍生长的影响，从而筛选出何种浮萍可以最快的清除对水体中N、P，同时减少不必要的经济投入。

1材料与方法

试验于2014年5—7月年在江苏省扬州大学环境科学与工程学院光照培养室进行。

1.1试验材料

试验样品：本试验选用浮萍品种为青萍、紫背浮萍、少根浮萍，采自扬州市荷花池公园水池。将采回来的浮萍先放入自来水中沉淀杂质，然后挑选大小相近、长势良好的浮萍，经蒸馏水漂洗后使用。

培养液：以霍格兰不完全营养液为基础，其中磷浓度按试验要求进行调整（表1）。

1.2试验设计

试验采用室内模拟培养方式进行。试验设3个营养背景（即除磷元素，其他养分含量浓度不变），根据磷浓度0.1、03、1.5、3.0、15.0、45.0 mg/L设6个处理T1、T2、T3、T4、T5、T6。同时用氢氧化钠（0.1 mol/L）溶液将营养液调节至pH值6.5，每隔3 d更换1次营养液，并计数1次。

1.3测定项目与方法

浮萍的分裂速度测定：记数法。

1.4数据分析与统计方法

对所获得的数据采用Excel 2003、SPSS软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1青萍、紫萍、少根浮萍在1/5营养背景下不同磷浓度的生长情况

由表2、表3、表4可知，在1/5营养背景下，随着培养时间延长，浮萍的个数也迅速增加，但由于培养空间的限制，到后期即6月13日后（12 d）浮萍的分裂速度降低。在比较不同磷浓度条件时，青萍随着磷浓度升高，其分裂呈先增加后降低的趋势（表2），而紫萍和少根浮萍的个数均随磷浓度升高而降低（表3、表4）。同时由表2可以看出，青萍的最佳生长浓度在3～15 mg/L；紫背浮萍和少根浮萍对磷的适应范围较广，但分裂速度没有青萍快。

2.2一般营养背景下不同磷浓度对青萍，紫萍，少根浮萍生长的影响

由表5、表6、表7可知，在一般营养背景下，相较于1/5营养背景青萍、紫萍、少根浮萍分裂速度较慢，随着培养天数增加，其在6月16日即约15 d后浮萍生长基本稳定。在横向比较中可以发现青萍随着磷浓度升高，其个数变化呈先增加后降低的趋势。而紫萍、少根浮萍的分裂个数随浓度变化无显著的变化趋势。其中青萍的最佳磷生长浓度在3～45 mg/L；少根浮萍的最佳范围在0.5～1.5 mg/L。

2.35倍营养背景下不同磷浓度对青萍、紫萍、少根浮萍生长的影响

由表8、表9、表10可知，在5倍营养背景下，青萍、紫萍、少根浮萍3种浮萍分裂速度也相对较慢，都在15 d后基本稳定。在比较不同磷浓度的影响时，可以发现3种浮萍的个数随磷浓度升高均呈现先增加后降低的趋势。其中青萍的最佳磷生长浓度在0.1～1.5 mg/L；少根浮萍在3～15 mg/L。

3小结

营养背景浓度在1/5时，浮萍分裂的速度较快。在同一营养背景下，浮萍（青萍、少根紫萍）生长的个数随磷浓度升高先增加后减少。在一定营养背景下青萍的生长速度是最快的，即在适应环境生长方面，青萍较其他2种浮萍（紫背浮萍、少根浮萍）更具优势。

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篇4：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

关键词：冰晶繁生,初始冰晶,非感应起电,霰

一般认为云内初始冰晶是由云中过饱和的水汽在活化核周围凝华生成，活化核的多寡决定了初始冰晶的数量，但Koenig,et al[1],Mossip[2]和hobb et al[3]等人都在各地(包括陆地和海洋)的观测中发现在不同温度条件下云中的可活化核的浓度在量级上远远小于云中冰晶的数量。例如Koenig[4]的观测表明在-15～-5℃区域内，冰晶浓度与冰核浓度的比值大约为10[4]～10[5]。除了云中的异质核化和同质核化作用外，冰晶还可以通过繁生过程产生，其中有两个比较主要的方式:(1)Koenig[4]在1968观测中发现，云内的冰晶很多属于碎屑，地面收集到的雪晶大多在结构上也不完整。辐枝状和针状冰晶均如此，尤其是空间辐射和平面辐枝形雪晶破裂更多;因此推测云中的冰晶主要是由于脆弱的冰晶与霰、其他冰晶、大液滴或强气流冲击破碎而产生，即破碎作用产生次生冰晶。(2)Fletcher[5]发现冰相结淞的过程会产生次生冰晶，即当一个过冷水滴与一个冰相粒子相碰后会冻结，其冻结过程分为两个阶段:第一阶段，相碰时冰晶表面存在的尖细结构插入水滴表面，使一定量的水冻结，并使水滴温度升高到正好0℃;第二阶段，冰晶把热量从已冻结的一部分水滴中传到较冷的环境空气中，此阶段水滴表面产生冰壳，然后冰壳不断向水滴内部加厚，未冻结的水在最后冻结时，体积会膨胀，挤压外部冰壳，当应力足够大时可以导致冰壳破裂，甚至炸碎，抛出无数冰屑。他还指出冰晶在有活化凝结核的云中形成后(即初始冰晶形成后)，冰晶浓度随温度下降而指数增加。Hallett.Mossop[6]提出结淞过程是否会产生大量冰屑与水滴大小、碰撞速度、气温、结淞表面温度和结构密切相关，并给出了结淞过程可产生大量冰屑的条件为:(1)温度在-3～-8℃，(2)大云滴的浓度较高且直径大于24μm,(3)小云滴存在且直径小于等于12.3μm,(4)碰撞速度在1.4～3 m/s之间。Mossop et al[7]1976的实验结果指出-5℃区域的繁生过程最为明显，并明确指出温度为-5℃，碰撞速度为2.5 m/s时，平均每250个大云滴与结淞面碰撞就可产生一个次生冰晶。Ovtchinnikov[8],Sun[9],Yano[10]在各自的实验和数值模拟结果的基础上提出高温区产生冰晶的主要原因是冰晶的繁生作用。

云中不同区域不同温区下优势冰晶生长机制并不一样，通常情况下雷暴云中淞化起电产生更早更强烈;但在冷底的深对流云中，破碎起电又起了主导作用。所以可以认为很多时候云中各种繁生机制都存在，并对云中冰晶粒子的浓度有或多或少的影响。在液水含量足够高时会因为扩散凝华的生长机制使冰晶增长到达淞附最小尺度，然后再与对流云中的过冷云滴群发生碰并并通过淞附生长成霰粒子;霰和冻滴都是良好的雹胚，在对流云中雹胚可以通过一系列复杂的干湿增长和碰冻作用后产生冰雹粒子;在上述过程产生的霰又会产生淞附现象，霰在淞化时又会发生贝吉隆过程，使冰晶和霰通过扩散凝华过程长大，造成冰晶粒子浓度和尺寸的大幅增加。这说明了连锁繁生作用对云中的冰晶粒子、霰粒子和冰雹粒子的浓度起着非常重要的作用。云中的微物理和动力过程之外，电过程也是积云模式中一个重要的环节，其中产生电荷的起电机制更是电过程的基础。Takahasi[11]、saunders et al[12]，等人通过实验室实验证实了非感应起电是雷暴云中的主要起电机制，郭凤霞等[13]在三维强风暴—电耦合模式中对比不同实验室结果的非感应起电方案的结果表明，冰晶-霰粒子碰撞转移的电量远远大于霰-雪，冰晶-冰雹，冰晶-雪。孙京等[14]在对比saunders91参数化方案和Takahasi方案时也发现，雷暴云转移的电荷量和电荷结构与霰和冰晶粒子分布的重合区的多少正相关。冰晶不仅仅自身参与了非感应起电过程，而且冰晶还是霰和冰雹重要的源项，因此冰晶对于非感应起电的影响应该非常大，冰晶浓度在一定程度上的增加必然导致起电的增强，但是当冰晶浓度过高则又会消耗云中有限的云水使得云中冰晶转化成霰的速度变慢，导致冰晶和霰碰撞的减少从而减弱起电。影响Hallett-Mossop冰晶繁生机制的一个重要因素在于初始冰晶在雷暴云底部的出现时间和浓度，而在原有的模式中我们使用的初始冰晶核化公式是适用于北美的冰晶核化公式。在尹金方[15]的文中表面，东亚沿海冰核浓度高于北美，内陆又高于沿海，所以我们在模式中将初始冰晶核化公式换成Yin等[16]在统计了中国北方1963～2003年的冰核观测数据后拟合的中国北方的冰核浓度公式，N(T)=0.039 6exp(-0.317-ΔT)，这一公式的值能更好的反应中国北方的实际冰核浓度，在低温区同比中国东部的冰晶浓度也要大。虽然在本模式中加入了冰晶繁生方案，但是在模式中，为H-M方案的条件苛刻，实际上产生的次生冰晶数量并不多，不能很好解释我们观测中发现的云体下部高浓度冰晶区域，为了研究初始冰晶对雷暴云整个生命过程中微物理、动力和电过程的影响，本文设置了三组敏感性实验来分析次生冰晶对雷暴云的影响，因为冰晶繁生的前提是云体中存在一定尺度的霰粒子和冰晶，冰晶又是霰的一个重要源项，所以我们通过向云中播撒初始冰晶来实现对冰晶繁生的影响这一过程，对雷暴云中冰晶，霰，云水等粒子的时空变化的影响以及对雷暴云中电荷结构和起电的影响。

1 模式设置

使用了三维强风暴动力-电耦合数值模式(详见孔凡铀等[17]孙安平等[18])，该模式考虑了电场力对粒子下落末速度的的作用，从而考虑了电场力对水成物粒子的微物理和动力过程的影响。该模式中的冰晶繁生过程，采用的参数化方案见胡志晋等[19]。模式模拟域为36 km×36 km×18.5 km，水平格距为1.0 km，垂直格距为0.5 km。模式中，水平均匀的基本状态值取自探空观测值。在模式中将初始冰晶核化公式换成Yin等[16]2012在统计了中国北方1963～2003年的冰核观测数据后拟合的中国北方的冰核浓度公式，N(T)=0.039 6 exp(-0.317-ΔT)选取湿热泡启动方式，在模式初始时刻给以2.0℃的轴对称位温的扰动，扰动区中心坐标为(18,18,34)，扰动区长宽均为8.0 km，厚为3.0 km。

H.R.Pruppacher[20]认为云中首先出现的初始冰晶都是由于活化冰核(IN)产生，低于-8℃时通过接触冻结核化，低于-15℃时凝华核化为冰核，在-9～-30℃依靠表面的化学物质浸润冻结核化为冰核。因为在观测中经常发现云中出现区域性的高浓度冰晶区域，人们认为这是冰晶繁生的结果，但在模式中，冰晶繁生产生的冰晶数量很少，并不能彻底解释这个现象。因此，本文在模拟域17～20 km的5.5 km高度，对应-5～-8℃温度层上的3.0km×3.0 km×0.5 km的一个区域中在冰晶产生量达到10-8kg的初始时刻分别播撒了浓度为0.005g/m[3]、0.1 g/m[3]、3.5 g/m[3]的初始冰晶，这样得到三个敏感性试验算例，分别代表了低浓度(算例1)、中浓度(算例2)和高浓度(算例3)的冰晶含量，来分析初始冰晶浓度在雷暴云微物理和起电过程中的作用。

在各种冰晶繁生过程中，只有Hallett-Mossop过程研究比较详细，可以定量模拟。该机制是指霰粒碰并直径DC>24μm的大云滴时产生次生冰晶。在-5℃时繁生率最大为1/250。

参考胡志晋等文献[19]，有:

式中，

模式初始场中，水平均匀的基本状态值取自中国科学院大气物理研究所肖辉等[21]在陕西省旬邑进行防雹试验期间于1997年7月28日13:00在旬邑太村施放的一次探空，该探空层结适于中等强度的孤立雷暴的发展。模拟总时间为70 min。

2 模拟结果

完整地模拟了雷暴单体的生命过程，根据上升风速可将此次模拟雷暴云分为初始(0～36 min)，成熟(36～52 min)，消亡(52～70 min)三个发展阶段。

2.1 微物理过程

模式中考虑了7种水物质的七大类微物理过程，即凝结(华)(VD)、碰并(CL)、核化(NU)、繁生(P)、融化(ML)、融化蒸发(MVD)和自动转换(CN)过程。代表各类过程符号的第1个下标表示消耗项，第2个下标表示生成项或作用项，下标v、c、r、i、s、g和h分别对应水汽、云水、雨水、冰晶、雪、霰和雹。表1给出了三个算例雷暴云整个发展过程中核化(NUvi)凝华增长(VDvi)碰并(CLci)以及繁生(Pci)过程的冰晶的总质量。其中NUvi与Pci为冰晶的初始产生过程，CLci与VDvi为冰晶的增长过程。

从表1可以看出，雷暴云整个生命期中，冰晶主要通过核化产生，通过凝华增长，凝华增长对冰晶的总量贡献最大。而冰晶的繁生过程和碰并过程对冰晶的产生与生长贡献非常比较小，尤其是繁生过程产生的次生冰晶在雷暴云整个生命周期的产量均远小于前三种微物理过程。NUvi与VDvi的总产量在算例3中最小，在算例2中最大。相反，CLci在算例3中最大，在算例2中最小。而随着初始冰晶播撒数量的增加，Pci过程产生的冰晶质量呈现递增趋势，这表明，播撒的初始冰晶越多，云中冰晶的繁生过程越剧烈。

由图1可见，三个算例在48 min时，冰晶在5～17 km的高度上都有分布，峰值在12～15 km高度，冰晶数浓度所在区域及峰值高度都随着初始冰晶的撒播浓度增加而降低，但峰值却随着撒播浓度的增大而增大。三个算例中冰晶的比含水量分布基本一致，主要集中在8～13 km高度范围内。霰粒分布在13 km以下，在3～12.5 km高度上都有较大的数浓度，总体上霰粒子分布的高度随着播撒浓度的增加而下降，但是峰值却但峰值却随着撒播浓度的增大而减小。霰粒的比含水量的大值区也主要集中在3～12 km的高度上，但其范围及峰值随着初始冰晶的撒播浓度增大而降低。

图2是三个算例的整个模拟区域中冰晶比含水量(a)、霰粒比含水量(b)和有效液态水含量(c)的峰值随时间和高度的分布图。对比图2(a)不难发现三个算例的冰晶比含水量在2(a)开始发生了较大变化，云体在高度分布上a1的冰晶主要分布于9～12 km,a2a3则明显更深厚达8～13 km。在40 min之后的同一时刻，a2a3的最大冰晶比含水量都要大于1(a);并且a2a3的高浓度冰晶从45 min一直延续到70 min，而算例1高浓度的冰晶并不连续。图2(b)可以看到霰粒子高于1 g/m[3]的高浓度部分都位于3～6 km，并且在70 min内都保持了这样的浓度。但在雷暴云的发展阶段，从(b1)和(b2)可以明显看出随着冰晶播撒的浓度上升，霰粒子的高浓度粒子团的范围和最大浓度都有明显增加。雷暴云生命周期中有效液水含量随着湿热泡和垂直风场的作用从地面开始向上抬升，在图2(c)中可以看到在发展阶段，雷暴云的有效液水含量首先在2 km高度形成一片高值区，然后云体继续上升大约在36 min时候冲到12 km高度的云顶。图2(c1)和(c2)的差异主要产生在2～5 km的底层高度处，图(c2)在发展阶段存在一个间断的与上部高液水含量区相连的区域;图(c3)的有效液水含量不仅在底层与图(c1)、图(c2)存在范围的差异，其在5～12 km的高层的差异更加明显，图(c3)高于2 g/m[3]的高值区在垂直分布与存在时间都大大高于图(c1)和图(c2)，因为较高的云水使得冰晶向霰转化过程CLig增多。图2中三个算例的wl在40～60 min时刻在9～11km高度处都存在空间和浓度都不相同但都十分充足的云水这为霰粒在云内上升气流中上部的增长提供了有利条件。

初始冰晶播撒对云的微物理过程的影响主要在于使原本需要异质核化(-40℃)产生的初始冰晶提前出现，从而提前了云中次生冰晶的产生，冰晶被动力作用抬升到更高的高度，又可以通过贝吉隆过程继续长大，同时也会继续通过碰并与聚合自动转化作用生产霰和雹。在云中，冰晶生长比过冷云滴和小雨滴快得多，使得云中大量的过冷水提前通过CLci,CLcg,CLri和CLrg碰撞冻结转化为冰相粒子，这些微物理过程会降低过冷云滴的生长速率，当云体中的液水不能保证水面饱和环境则会影响到冰晶核化过程，使得冰晶核化产生冰晶的速率降低。冰晶的快速生长和繁生一方面会提供大量霰胚，另一方面则大量消耗云中液水，进而限制霰粒子的生长。

2.2 电过程

图3为冰晶和霰粒子起电峰值随时间变化图，在雷暴云起电后(模式设定30 min开始起电)，可以看出初始的起电位置均位于云体高度6 km高度处。图3a为冰晶带电随时间分布图，起电也可以分为几个阶段，(1)在35 min之前冰晶只产生了负电荷中，对于(a1)、(a2)、(a3)三个图可以看出算例3起电的时刻更早要比算例1和2早1～2 min，同时起电的量也更大。算例1在起电开始后电荷量增加则比算例2、3更快，几乎在1 min之后就达到了-5.7×10-10;(2)35～40 min时刻，算例2的电荷区域要小于其他两例，只存在于5～7 km高度上，算例1与算例3则在4～8 km都有电荷分布。其中算例3在4～5.5 km高度处还产生了一块高浓度的正电荷区，其最大电荷达7.1×10-10C;(3)40 min开始三个算例在8～11 km高度处都形成了一块带正电荷的冰晶区域持续存在到70 min三个算例的电荷浓度在发展阶段的差异都比较明显，算例1最快产生正电荷区但是电荷浓度和范围要小于算例2和算例3;(4)在60 min时刻雷暴云在消散时期的雷暴云下部冰晶和霰粒子的带电量明显减少其中算例2的电荷浓度仅仅达到1.0×10-10C并且有一部分时刻带电量小到我们图中设定的最小阈值以下，但是由图5可以看出三个算例在60 min左右仍然产生了放电。

图4为雷暴云整个生命过程中电荷密度etp峰值随时间变化图，在45 min内，三个算例都是比较典型的负正负的反三极型结构，只有算例1在35min时刻为正-负的偶极性结构，5 km高度上的主正电荷区电荷起电强度最大均大于7 n C/m[3]。对比图2和图4对我们可以看出雷暴云的下部负值区与霰粒子的分布区域吻合相当好，雷暴云约4 km高度处的负电荷区域处于在0～-5℃温区并且液水含量低于0.02 g/m[3]，根据我们的参数化方案Saunders e al[22]霰粒子带负电，这个区域中浓度播撒的范围要大一些;上部负电荷区位于7～9 km处，主要带电粒子为冰晶。主正区是冰晶与霰的共同作用，冰晶的核心区域位于水平x=20～22.5 km z=7～8 km处与图2(b)中的霰粒子共同碰撞分离产生。

算例3首先在42 min首先发生极性反转，然后算例2完成极性反转，在第48 min时刻左右三个算例都完成了电荷结构极性反转，由原来的负正负三极型反转为正负正三极型结构，在此时刻产生极性反转是因为为此时冰晶由于动力作用抬升到了9.5～13 km，霰粒子位于10 km到地面，10 km的温度低于-25℃以下，并且从由图2c可以看出在这一时刻的wl>0.15 g/m[3]，使上部的冰晶区带上了比较强烈的正电荷，算例2主负区上部的小块正电荷区域的成因也是如此。在雷暴云的起电机制中，冰晶-霰的非感应碰撞起电机制是最主要的起电机制，因此冰晶和霰的出现时间和浓度分布对起电的强弱、电荷区的分布与浓度都有显著的影响。雷暴云下部的区域由于降水和冰相粒子的融化作用使得下部的wl量大幅增加，导致霰粒子带上了正电荷。雷暴云的主负区特别是起电最强的区域与不仅是霰粒子与冰晶粒子的混合区域也是云内最大上升风速的区域有，强烈的碰撞分离使主负区域的粒子带上了大量电荷，并有继续向上抬升的趋势，三个算例的主负电荷区的电场强度分别为-4.5 n C/m[3],-1.2 n C/m[3]和-4.0 n C/m[3]。在绝对数值上比较小，因为这个时刻前雷暴云分别发生了8次，25次，17次云闪;闪电中和了云内大量的电荷，使得云内垂直电场强度较低。

在本次模拟中，三个算例的总闪数分别为320次、458次、470次，产生闪电的时刻分别为35 min、37 min、34 min。从图5与算例1对比我们不难看出，算例3放电早且强烈并且在雷暴云整个生命周期都有活跃的放电，几乎在任一时刻都要高于算例1;算例2起电慢而且在初始和发展阶段的放电都不强烈，但是大量的闪电发生在消亡期，算例2在65min时产生了64次云闪。三个算例的总闪数分别为320次、458次、470次，其中在52 min后产生的闪电数量多达172次、392次和278次。分别占总闪次数的60.8%85.6%和59.1%。这其中原因主要是52 min以后的闪电的初始点一般都比较高而且闪电通道较短，每次闪电中和的电荷量比较小，在前一次闪电发生后，很快电荷量又达到了放电阈值导致。

3 结论和展望

通过对比分析在三维雷暴云模式中三个在相同位置播撒不同浓度播撒初始冰晶从而并增强云中冰晶繁生过程的模拟结果，初步探讨了次生冰晶对雷暴云的影响，结论如下:

(1)不同浓度的播撒都会影响云内冰晶产生的总量，播撒初始浓度与次生冰晶产量呈现正相关。

(2)不同浓度的初始冰晶播撒数量使得霰粒子的空间分布和核心浓度在成熟和消散阶段差异明显，造成在雷暴云成熟和消散阶段电荷结构的差异较大，电荷区的高度和浓度在时间和空间上都造成了比较明显的差异。

(3)高播撒的初始冰晶会改变闪电的出现时刻并使得闪电频次明显增多，在本次模拟中算例2(把65 min时刻作为奇异值剔除后)和算例3闪电分别增多了24.4%和46.9%。

篇5：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

关键词 燕麦；熟化工艺；传统食品；营养指标

中图分类号：TS210.4 文献标志码：A 文章编号：1673-890X（2014）11--3

燕麦是人们日常生活中不可缺少的营养食品之一。燕麦属于禾本科燕麦属，可分为带稃型燕麦和裸粒型燕麦两大类。燕麦在世界八大粮食作物中总产量居第六位，而我国90%以上的燕麦种植面积是种植裸粒型燕麦。裸燕麦又叫莜麦，有着丰富的营养价值，其营养价值在谷类作物中居首位，含有15.6%的蛋白质和8.8%的脂肪。目前，人们对燕麦的营养保健功能的研究比较多。研究得出，在预防甚至是治疗糖尿病、心脑血管病、高血压、骨质疏松、肥胖等疾病上，燕麦都可以起到很大的作用。

燕麦作物主要用于饲料，很少一部分用于食用。在国外，由于燕麦的营养特性、保水性和抗氧化性能够提高产品的加工品质和保持营养成分不流失，所以燕麦主要被加工成早餐麦片、面包、饼干、燕麦纤维和蛋糕。而在中国，燕麦通过手工手艺做成风味小吃，如燕麦挂面、燕麦窝窝等。

燕麦传统食品加工中需要用到熟化工艺，也就是“三熟”加工过程。“三熟”食品必须经过“三熟”加工过程而制作的燕麦食品。在燕麦被磨成燕麦粉之前，把籽粒炒熟，并在和面时用热水烫熟燕麦粉，通过蒸熟或煮熟方式食用燕麦食品，这就是熟化工艺。三熟过程缺一不可，不然影响食用品质。

燕麦窝窝就是典型的三熟食品。燕麦窝窝也叫窝窝头，它的做法是在燕麦粉经开水烫面并和好面后，在表面光滑的瓷砖上放一小块燕麦面，然后用手把燕麦面团先推搓成片状，再卷成卷状，像蜂窝状把多个卷连在一起，在笼屉上蒸熟燕麦卷，故称燕麦窝窝。本文对“三熟”工艺加工后的燕麦窝窝进行试验，针对不同熟化工艺处理燕麦窝窝，对燕麦窝窝进行营养指标、流变学特性、所含热量、过氧化氢酶的活性等指标的测试，针对“三熟”工艺对燕麦窝窝加工和营养品质的影响程度进行研究，得出熟化工艺的影响程度，为人们在做燕麦食品时提供良好的建议，更有利于燕麦食品走上每家每户的餐桌上，成为主食大军的一员。

1 三熟处理对燕麦窝窝营养指标及加工特性的影响

1.1 试验材料与方法

1.1.1 试验材料与主要试剂

本试验样品是由江苏省南京农业科学院提供的裸燕麦籽粒。裸燕麦分为两种，一种是炒制的裸燕麦，另外一种是未炒制的裸燕麦。裸燕麦均清洗干净后磨成粉末备用。

本试验所用的试剂主要有：β-葡聚糖试剂、无水乙醚、总淀粉试剂、直/支链淀粉试剂盒：爱尔兰Megazyme公司；另外，还要准备好分析纯的30%过氧化氢试剂。

1.1.2 试验仪器

本试验所用主要仪器设备如下：德国公司生产的布拉本德黏度糊化仪；长沙长兴高教仪器有限公司生产的HR-15氧弹式热量计；澳大利亚科学仪器设备有限公司生产的紫外可见分光光度计；瑞典富斯-特卡脱公司生产的凯氏自动定氮仪；莜面窝窝机[1]。

1.1.3 试验方法

1.1.3.1 试验窝窝样品的处理

对试验样品的处理主要是使用传统滚筒式炒锅把裸燕麦炒熟。首先，用水清洗燕麦籽粒，然后把燕麦籽粒堆成一堆并静置，8 h过后，放在锅里炒制燕麦籽粒，当燕麦籽粒表面温度达到150 ℃时，15 min后再出锅，待温度降至20 ℃时，把它们盛放在保鲜袋中。对炒熟和未炒熟的燕麦籽粒样品进行磨成粉末操作，分别取500 g，磨碎后装入袋中，用冰箱冷藏保存。

1.1.3.2 燕麦窝窝的制作

用不同温度的水和不同种类的燕麦制作燕麦窝窝。把炒熟燕麦粉和未炒熟燕麦粉分为两部分，并进行两种和面操作，一部分是用常温水进行和面，另一部分则是用98 ℃以上的开水和面。和面时，把握好燕麦粉和水的比例关系，小心燕麦面团细软或者干硬；并对不同燕麦粉的加水量不同，炒熟的燕麦粉加水量为粉的85%，未炒熟燕麦粉加水量为粉的45%。然后，将4种不同方式处理的面团分别搞成圆柱状，并把它们放在莜面窝窝机中，连接装置摇动手轮，使成型的燕麦窝窝从面桶上端被压出。取下压出的燕麦窝窝，再分别作蒸熟和未蒸熟处理，经过8 min左右的蒸过程，制成窝窝。最终得到10个不同的燕麦窝窝，把这些燕麦窝窝放在38 ℃的恒温干燥箱中，烘干24 h，然后磨成粉末备用[2]。

1.1.3.3 营养指标测定、流变学特性测定、过氧化酶活性及白度测定

具体营养指标测定参照以下标准：窝窝制作中含水量参照GB/T 5009.3-2003进行测定；窝窝含有的蛋白质含量参照GB/T 5511-2008进行测定；窝窝的总脂肪含量参照GB/T 5009.6-2003进行测定；窝窝的β-葡聚糖含量参照AACC 32-23进行测定；窝窝的热量用HR-15氧弹式热量计进行测定。

燕麦窝窝的流变学特性主要依据两个方面来测定，一是参照AACC 76-13测定窝窝的总淀粉含量；二是参照AACC 61-03来测定窝窝的直/支链淀粉含量。一般通过先称量样品后量取蒸馏水，快速搅匀后开始测样黏度测定方法和测定参数。

另外，通过参照AACC 22-80测定燕麦窝窝过氧化酶定量以及通过剪开制备好而没有烘干的燕麦窝窝面卷，平铺在桌面上，用色彩色差计测得燕麦面片的L、a、b值来测定窝窝的白度。

1.1.3.4 对燕麦窝窝感官评价endprint

由研究可知，窝窝的食用品质受淀粉结构和理化性质的直接影响。未蒸熟的燕麦窝窝粘牙，不能吃，所以也就不适合对这种不熟的窝窝作感官评价。因此，试验所需的窝窝必须是蒸熟的，这样才能进行感官评价。所以我们取4种蒸熟的燕麦窝窝样品，炒烫蒸窝窝样品（TBS），炒蒸却未烫窝窝样品（TBN），烫蒸却未炒窝窝样品（UBS），蒸却未炒未烫窝窝样品（URS）。随意选8名人员对食用这个窝窝，总分20份，每项5分，分别对窝窝的香气、外观、滋味和黏弹性进行打分，结果取其平均值。

1.2 试验结果分析

1.2.1 “三熟”加工对燕麦窝窝营养指标的影响

经过炒熟的窝窝，降低了粗蛋白含量、β-葡聚糖含量以及热量，升高了粗脂肪含量，可见，烫熟对蛋白质含量、粗脂肪含量和热量的影响不大，使样品β-葡聚糖含量有所升高；经过蒸熟，窝窝的蛋白质含量和热量没有变化，但是窝窝的粗脂肪含量和β-葡聚糖含量升高。经过因子的方差分析，可以得出，炒熟对燕麦窝窝蛋白质、脂肪、β-葡聚糖含量以及热量的影响大，而烫熟和蒸熟对窝窝品质的影响都很小。

1.2.2 “三熟”加工对燕麦窝窝黏合度的影响

结合以往研究得出的结论，食品的品质和淀粉起始糊化度以及峰值粘度有关系，淀粉起始糊化温度越低，峰值黏度越高，食品的品质就越好。在这次试验中，烫熟会升高总淀粉含量，不会对样品的直链淀粉含量、起始糊化温度、峰值黏度和回生值发生改变，所以烫熟的窝窝食用品质不高，很难吃；蒸熟会升高总淀粉含量，同样不会对样品的直链淀粉含量、起始糊化温度、峰值黏度和回生值发生改变；炒熟可升高窝窝的总淀粉含量、回生值、峰值黏度，不会对窝窝的直链淀粉含量发生改变，但会降低窝窝的起始糊化温度。

1.2.3 “三熟”加工对燕麦窝窝白度和过氧化酶活性的影响

白度很大程度上受炒熟和蒸熟工艺的影响，但烫熟对白度影响不大。炒熟会降低窝窝的L值和过氧化氢酶活性；蒸熟会降低窝窝样品的L值和过氧化氢酶活性；烫熟也会降低过氧化氢酶活性但是却升高样品窝窝的L值[3]。这就说明炒熟、烫熟和蒸熟都有不同程度灭酶的作用。

1.2.4 对燕麦窝窝的感官评价结果

在作窝窝感官评价试验中，对4种蒸熟的窝窝进行食用并感官评价。经试验得出，炒熟烫熟蒸熟的燕麦窝窝感官评分最高，口感最好，炒熟蒸熟但未烫熟的窝窝次之，蒸熟却未炒熟未烫熟的窝窝最难吃。炒熟处理制成的燕麦窝窝香喷喷，有嚼劲，还不容易粘牙；未经过炒熟制成的窝窝香味、外观和黏弹性都欠佳。经过烫熟处理的燕麦窝窝各方面的感官比未烫熟窝窝的口感好，但是两者之间比较效果不明显。

2 结论

经过对10个不同熟化工艺处理的燕麦窝窝的测试和数据分析，得出结论，即不同熟化加工对窝窝的营养指标测定、流变学特性测定、过氧化酶活性及白度测定、和感官评价影响各自不同。

第一，经过爆炒过的窝窝不含有较高的粗蛋白，但是，粗脂肪的含量比较高，β-葡聚糖的含量也发生了变化，热量在不断下降，烫熟不会对蛋白和粗脂肪的含量发生改变，但是升高窝窝的β-葡聚糖含量。窝窝经过蒸熟以后，窝窝的蛋白质和热量不发生变化，但是窝窝的粗脂肪含量和β-葡聚糖含量发生改变。所以，炒熟会使燕麦窝窝的蛋白质、脂肪、β-葡聚糖含量以及热量发生改变。

第二，在试验中，炒熟制成的窝窝含有较高的总淀粉含量、峰值黏度和回生值，但是该窝窝的直链淀粉含量和其他窝窝一样，但炒熟的窝窝降低起始糊化温度；烫熟的窝窝含有较高的总淀粉含量，但烫熟不会对样品的直链淀粉含量、起始糊化温度、峰值黏度和回生值发生改变；蒸熟的窝窝含有较高总淀粉含量，蒸熟不会对样品窝窝的直链淀粉含量、起始糊化温度等有影响。

第三，炒熟处理的窝窝失去了很多的过氧化氢酶，降低了活性和L值；而烫熟出来的窝窝同样也失去很多的过氧化氢酶，活性降低了，但是样品L值却升高了；蒸熟的窝窝也失去很多的过氧化氢酶，活性降低并且样品L值也降低了。可见，不管是炒熟、蒸熟还是烫熟，窝窝的过氧化氢酶活性都降低了。其中，熟和蒸熟受过氧氢酶和L值的影响较大。

第四，燕麦窝窝经过炒熟、烫熟、蒸熟后，口感就好。可知，经过炒烫蒸这些熟化工艺的窝窝比较好吃。对比发现，“三熟”工艺中对燕麦窝窝各方面品质影响最大的处理工序是炒熟处理过程。

在大量研究的结论的基础上，结合本次试验，炒熟、烫熟、蒸熟是燕麦传统食品制作工艺的最佳过程，并且炒熟是“三熟”工艺中至关重要的一环，如果在磨燕麦粉状之前的炒熟籽粒这一工序没有做好，那么蒸熟和烫熟工序可以说改变不了燕麦窝窝的食用品质。最佳的燕麦传统食品就是做好炒熟、烫熟和蒸熟的工作，缺一不可，把握好每个工序的时间和火候，充分发挥好每一个工序的作用，做出美味而又健康的燕麦食品。

参考文献

[1]张燕.熟化工艺对燕麦传统食品营养及加工品质的影响[D].杨凌：西北农林科技大学，2013.

[2]张燕，胡新中，师俊玲，等.熟化工艺对燕麦传统食品营养及加工品质的影响[J].中国粮油学报，2013（10）：86-91.

篇6：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

关键词：三价铬离子,粉煤灰,吸附,沸石

大量重金属污染物对生态环境和人体健康造成极其不利的影响,如何有效去除水体中的重金属成为近些年的研究热点[1,2]。铬污染主要来自于冶金工业、金属加工、电镀、制革、油漆、印染以及化工等多个行业。粉煤灰是一种工业废渣,其大量堆积占用土地,污染环境,浪费资源。然而粉煤灰具有较大的比表面积和固体吸附剂性能,且其来源广泛,价格低廉[3,4,5]。近年来,利用粉煤灰作为吸附剂去除水中重金属离子的研究备受关注。研究表明,粉煤灰及其合成材料对水体中的重金属离子具有较好的吸附去除能力[6,7,8]。本文利用粉煤灰合成的沸石为基本吸附材料吸附重金属离子Cr3+,主要考察沸石投加量与初始浓度对粉煤灰合成沸石吸附Cr3+的影响研究。

1 试验材料和方法

1.1 试验器材

本次实验所用的粉煤灰样品取自江苏太仓协鑫发电厂,主要化学成分为:SiO2质量分数为51.06%,Al2O3质量分数为32.36%,Fe2O3质量分数为4.68%,CaO质量分数为2.91%,TiO2质量分数为1.17%,MgO质量分数为0.9%。

实验所用的仪器有:THZ-82型恒温振荡器,金坛市顺华仪器有限公司;PHS-3C型pH计酸度计,上海雷磁仪器厂;AA240DUO原子吸收光谱仪,美国安捷伦科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 粉煤灰合成沸石的制备

根据文献[9],粉煤灰合成沸石的制备过程为:将2 g粉煤灰加入到50 mL的浓度为8 mol/L的KOH溶液中,在反应温度为95℃下反应48 h。完成后将得到的材料用去离子水水洗至中性后在105℃的烘箱中干燥至恒重。合成完成后,所有样品均经过X射线衍射分析鉴定,确定为粉煤灰合成沸石。

1.2.2 试验步骤

(1)标准曲线的绘制。

采用火焰原子吸收分光光度法测定Cr3+的标准曲线,结果如图1所示。

(2)样品测定

在10 mL具塞聚丙烯管中投加一定量合成的粉煤灰合成沸石,并移取一定体积的Cr3+溶液。用0.01 mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液调节其pH值后,置于一定温度下的水浴恒温振荡器中进行震荡吸附反应(120 rpm)。吸附实验完成后利用0.45μm的水系滤膜对混合液进行过滤,在原子吸收分光光度计上测定样品中Cr3+的吸光值,并根据绘制的标准曲线得出未知样品中Cr3+的浓度值。

1.2.3 分析方法

采用AA240DUO原子吸收光谱仪测定吸附后水样中重金属Cr3+的浓度。吸附容量的计算公式为:

式中:Qe——吸附容量,mg/g

C0——金属离子初始浓度,mg/L

Ce——金属离子吸附平衡浓度,mg/L V——溶液体积,mL

m——吸附剂用量,g

去除率的计算公式为:

2 结果与讨论

2.1 不同初始浓度时粉煤灰合成沸石对Cr3+的吸附去除率

初始浓度与吸附剂量对粉煤灰合成沸石吸附Cr3+的去除率影响如图2所示。其中,Cr3+的初始浓度分别为20 mg/L、40 mg/L、80 mg/L、150 mg/L与200 mg/L;粉煤灰合成沸石的投加量分别为0.25 g/L、0.5g/L、1 g/L、2 g/L、3 g/L、4 g/L、5 g/L、6g/L与7 g/L;吸附体系的初始pH为5.5,反应时间为24 h。由图2可知,初始浓度与沸石的投加量对粉煤灰合成沸石吸附Cr3+的去除率影响均非常显著。当Cr3+的初始浓度为20 mg/L,沸石投加量为0.25～1 g/L时,粉煤灰合成沸石对Cr3+的吸附去除率由65.54%迅速提高到99.04%;当吸附剂量提高到2 g/L时,沸石对Cr3+的去除率可达到100%。当Cr3+的初始浓度为40mg/L,沸石投加量为0.25～2g/L时,粉煤灰合成沸石对Cr3+的吸附去除率由48.12%提高到92.41%;吸附剂量为3 g/L时沸石可完全吸附Cr3+将其去除。当Cr3+的初始浓度提高至80 mg/L,粉煤灰合成沸石对Cr3+的吸附去除率有所下降;吸附剂投加量在0.25～4g/L时,沸石对Cr3+的吸附去除率由38.12%提高到98.95%,此后继续增加吸附剂量Cr3+的吸附已经趋于饱和。Cr3+的初始浓度进一步提高到150 mg/L,沸石投加量为0.25～5 g/L时,合成沸石对Cr3+的吸附去除率由37.96%提高到90.48%;沸石投加量为6 g/L时可将重金属离子Cr3+完全去除。当初始浓度继续提高到200 mg/L,粉煤灰合成沸石对Cr3+的吸附效果与初始浓度为150 mg/L时的吸附去除效果差别不大;当沸石投加量为0.25～6 g/L时,合成沸石对Cr3+的吸附去除率由34.56%提高到96.28%,沸石投加量为7 g/L时吸附趋于饱和。由图2的实验结果可以明显看出,当吸附剂投加量相同而重金属离子Cr3+的初始浓度不同时,初始浓度越低,合成沸石对Cr3+的吸附效果越好,吸附能越快达到饱和。此外,当重金属离子Cr3+的初始浓度相同而吸附剂投加量不同时,吸附剂量越大,粉煤灰合成沸石对Cr3+的吸附去除率越高。但吸附剂量并不是越多越好,每一个初始浓度均有其最佳的吸附剂量。

2.2 不同初始浓度时粉煤灰合成沸石对Cr3+的饱和吸附量

图3为初始浓度与吸附剂量对粉煤灰合成沸石吸附Cr3+的饱和吸附量影响。由图3可知,粉煤灰合成沸石对重金属离子Cr3+的饱和吸附量受初始浓度与沸石投加量的影响显著。随着Cr3+初始浓度的不断提高,粉煤灰合成沸石吸附重金属离子的饱和吸附量逐渐提高同时,随着合成沸石投加量的不断增加,单位质量的沸石吸附剂对Cr3+的吸附容量不断下降。当Cr3+的初始浓度为20 mg/L,沸石投加量为0.25～7 g/L时,粉煤灰合成沸石对Cr3+的吸附容量由5243 mg/g下降到2.86 mg/g。当Cr3+的初始浓度为40 mg/L,吸附剂量从0.25 g/L增加到7 g/L时,吸附容量由76.99 mg/g下降到5.71 mg/g。当Cr3+的初始浓度提高为80 mg/L,吸附容量由吸附剂量为0.25 g/L时的121.98 mg/g下降到7 g/L时11.43 mg/g。Cr3+的初始浓度进一步提升到150 mg/L,沸石投加量为0.25～7 g/L时,吸附容量分别由227.75 mg/g下降到21.43 mg/g。随着初始浓度提升至200 mg/L,吸附容量由吸附剂量为0.25 g/L时的276.48 mg/g下降到7 g/L时28.57 mg/g。吸附剂投加量增加以后,其与水中Cr3+的接触面积也随之增加,从而使吸附剂利用率降低。

3 结论

(1)初始浓度与吸附剂投加量对粉煤灰合成沸石吸附Cr3+的去除率与饱和吸附量影响显著。

(2)当吸附剂投加量相同而重金属离子Cr3+初始浓度不同时,初始浓度越低,合成沸石对Cr3+的吸附去除效果越好,吸附能越快达到饱和。

(3)当重金属离子Cr3+的初始浓度相同而吸附剂投加量不同时,吸附剂量越大.粉煤灰合成沸石对Cr3+的吸附去除率越高。

(4)随着粉煤灰合成沸石投加量的不断增加,单位质量的沸石吸附剂对Cr3+的吸附容量不断下降。

(5)粉煤灰合成沸石吸附重金属离子Cr3+的饱和吸附量随着Cr3+初始浓度的提高而逐渐提高。

参考文献

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篇7：基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

蔬菜是国内外无土栽培研究最多的作物,近30年来,由于消费者对无公害蔬菜的需求量大幅度增加,世界无土栽培蔬菜的总面积也增长迅速,近几年,随着国内经济的腾飞,人民生活水平的提高和消费观念的转变,对蔬菜质量要求越来越高,对无公害、优质的蔬菜产品的需求量越来越多[3],因此,国内蔬菜的无土栽培面积也在逐年增加。

黄瓜(Cucumber)又名胡瓜,为一年生攀援草本植物[4],是国内外无土栽培蔬菜的主要作物之一,且是最具代表性的无土栽培作物。无土栽培的黄瓜生长速度快,收获期早而集中,果实品质好,果皮富有光泽。因此,深受广大消费者的喜爱。该试验主要从基质与营养液两方面对其进行研究,以筛选出最适合黄瓜生长的基质配比和氮浓度,从而增加黄瓜产量,获得最大的经济效益,为今后黄瓜的无土栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2010年在黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院实验室选用“津春3号”的黄瓜种子,以陶粒、珍珠岩、沙子为基质,分别按照1∶1∶1;1∶1∶2;2∶1∶1;1∶1∶3;3∶1∶1的比例混合,并标记为A1、A2、A3、A4、A5,种入已发芽的黄瓜种子,同时,配制3种不同氮浓度的营养液,分别为B0液(标准营养液),B1液(氮浓度降低1倍)和B2液(氮浓度升高1倍),定期用营养液和水交替浇灌,以常规土壤栽培为对照,并测定黄瓜生长过程中的各项形态和生理指标(株高、叶片长度、开花数、根冠体积、叶绿素)。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 植株高度

待大部分黄瓜种子发芽后,随机选定并标记一棵植株,用直尺测量其高度,植株的高度从每盆的基质表面开始计算。

1.2.2 开花数量

从植株开花期到凋谢期,记下每盆黄瓜植株的开花情况。

1.2.3 叶片长度

于2010年6月4日,用直尺测量每盆中最大的叶片的长度并记录数据。

1.2.4 根系体积

将黄瓜植株的根系小心挖出(应尽量保持根系完整无损),用水将根系上的沙粒洗净后,用吸水纸把根上的水吸干,在放入已经盛有6 mL水的10 mL量筒内,记录液面上升的数值,即为根系体积。

1.2.5 叶绿素含量的测量

(1)依次从每盆黄瓜植株中,选择2棵植株采集新鲜叶片并去除粗大的叶脉,剪碎;(2)称量剪碎的黄瓜叶片0.5 g,共2份,分别放入研钵中,加少量石英砂和碳酸钙粉及5 mL的丙酮,研磨成匀浆后,用5 mL的移液管取5 mL 80%的丙酮溶液与研钵中,继续研磨,然后将匀浆转入10 mL离心管,再用适量的80%的丙酮溶液洗涤研钵,并将其一同转入离心管中;(3)将离心管配平后放入离心机中,离心;(4)离心后,弃沉淀,取上清液,用80%的丙酮定容至20 mL;(5)用1 mL的移液管取上述色素提取液1 mL,加4 mL 80%的丙酮稀释后,转入比色皿中,以80%的丙酮作对照,测定663、665 nm处的光密度值,记录数据;(6)根据公式计算出提取液中叶绿素a、叶绿素b的浓度,再根据稀释倍数分别计算每克鲜重叶中叶绿素的含量:Ca=12.7OD663-2.69OD645;Cb=22.9OD645-4.68OD663;Cr=Ca+Cb=8.02OD663+20.21OD645。

2 结果与分析

2.1 基质物理性质的分析

由表1可知,基质A4和A2的容重最大,保水性最好,其次是A1和A3,容重最小的是A5,保水性最差;基质A5,A1,A3和A2的总孔隙度较大,透气性较好,而A4的总孔隙度较小,透气性较差;基质A5的大小孔隙比最大,其次是A3,A1,A4,A2。

2.2 基质对株高的影响

根据黄瓜生长周期的特点,选取黄瓜幼苗期(4月27日~5月21日)和初花期(5月22日~6月4日)对其进行具体分析。

由图1、图2和图3可知,同种营养液的条件下,5种配比不同的混合基质与对照土壤的植株株高有明显的差别,A2和A5的株高最高,其次是A3。在黄瓜幼苗前期时,各基质与土壤长势较均衡,之间差异不大,土壤黄瓜株高较矮,而在黄瓜幼苗后期到初花期,所有植株生长明显加快。在黄瓜初花期时,土壤的株高明显高于其它混合基质,这主要可能是因为在黄瓜发芽期和幼苗初期时,天气恶劣,气温低,光照不充足,导致植株生长缓慢。由此可推断出:基质A2、A5和A3是5种混合基质中适合黄瓜生长的较优基质。基质配比相同的条件下,不同的营养液中植株的生长高度也不同。在植株生长前期,土壤栽培植株的高度最小,营养液植株生长高度差异不明显,在植株生长后期,植株生长明显加快,土壤中的植株明显高于用营养液浇灌的植株,其中氮素升高1倍的营养液浇灌的黄瓜植株株高最高。由此可以推断出氮浓度增加有利于植株生长。

2.3 基质对叶片长度的影响

由表2可知,在营养液相同的条件下,5种混合基质中,叶片长度差异不明显,基质A2和A5的叶片长度最长,A1的叶片长度最短,基质A2和A3的叶片长度较均匀。

2.4 基质对开花数的影响

由表3可知,在营养液相同的条件下,5种混合基质中,基质A1的黄瓜植株开花数最多、最均匀,其次是基质A3和A2,剩余2种基质开花数均无显著差异。

2.5 基质对根系体积含量的影响

由表4可知,在营养液相同的条件下,基质A3和基质A5的黄瓜植株根系体积最大,其次是基质A4和A2,根系体积最小的是基质A1。由此可知,基质A3和基质A5有利于植株根系的生长。

2.6 基质对叶绿素含量的影响

由图4可知,在营养液相同的条件下,叶绿素含量差异不明显,这是因为氮元素参与叶绿素的组成。基质A3和A5是5种混合基质中,最适合黄瓜生长的基质配比。

3 结论

根据不同基质对黄瓜生长的影响结果分析、得知,陶粒∶珍珠岩∶沙子比为2∶1∶1(A3)和3∶1∶1(A5)的基质株高最高,根系体积最大,说明容重在0.927 3~1.036 0,总空隙度在30.93%~33.35%,大小空隙比为0.500 0~1.114 1的基质适合黄瓜生长。基质2∶1∶1和3∶1∶1的大小空隙比最大,通气透水性能较好,有利于作物根系的伸延,为黄瓜提供了较优的生长环境。氮浓度增加1倍的营养液有助于黄瓜生长过程中的营养物质的积累。

摘要：为筛选出最适合黄瓜生长发育的基质配比和氮的浓度,以黄瓜(Cucumber)为试验材料,采用盆栽试验,用陶粒、珍珠岩、沙子作为基质材料,配置5种不同配比的混合基质(各3盆),研究其对黄瓜生长过程中的各项形态指标及生理指标(株高、开花情况、根系体积和叶绿素等)的影响。结果表明:在基质方面,陶粒∶珍珠岩沙子为2∶1∶1和3∶1∶1的混合基质物理性质对株高、叶片长度、根系体积、开花情况的影响都较适合于黄瓜生长。营养液方面,随着氮素的升高,黄瓜植株的株高、干重、叶绿素含量也在增加,有利于黄瓜有机物的积累。为以后黄瓜的无土栽培提供理论依据。

关键词：黄瓜,无土栽培,基质

参考文献

[1]符慧.万寿菊无土栽培技术的研究[D].合肥:安徽农业大学,2008.

[2]Hewitt E J.植物营养研究的砂培与水培法[M].崔澄,译.北京:科学出版社,1965.

[3]申明哲.不同复合基质与营养液对番茄、辣椒穴盘幼苗生长发育的影响[D].延边:延边大学,2006.